Kiểm soát tần số xung của công nghệ kiểm soát xung laser

Kiểm soát tần số xung củacông nghệ điều khiển xung laser

1. Khái niệm về tần số xung, tốc độ xung laser (Pulse Repetition Rate) là số xung laser phát ra trên một đơn vị thời gian, thường tính bằng Hertz (Hz). Xung tần số cao phù hợp với các ứng dụng có tốc độ lặp lại cao, trong khi xung tần số thấp phù hợp với các tác vụ xung đơn năng lượng cao.

2. Mối quan hệ giữa công suất, độ rộng xung và tần số Trước khi điều khiển tần số laser, trước tiên phải giải thích mối quan hệ giữa công suất, độ rộng xung và tần số. Có một sự tương tác phức tạp giữa công suất laser, tần số và độ rộng xung và việc điều chỉnh một trong các tham số thường đòi hỏi phải xem xét hai tham số còn lại để tối ưu hóa hiệu ứng ứng dụng.

3. Các phương pháp điều khiển tần số xung phổ biến

a. Chế độ điều khiển bên ngoài tải tín hiệu tần số bên ngoài nguồn điện và điều chỉnh tần số xung laser bằng cách điều khiển tần số và chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu tải. Điều này cho phép xung đầu ra được đồng bộ hóa với tín hiệu tải, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi kiểm soát chính xác.

b. Chế độ điều khiển bên trong Tín hiệu điều khiển tần số được tích hợp vào nguồn điện ổ đĩa, không cần thêm tín hiệu đầu vào bên ngoài. Người dùng có thể lựa chọn giữa tần số cố định tích hợp hoặc tần số điều khiển bên trong có thể điều chỉnh để linh hoạt hơn.

c. Điều chỉnh độ dài của bộ cộng hưởng hoặcbộ điều biến quang điệnCác đặc tính tần số của laser có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh độ dài của bộ cộng hưởng hoặc sử dụng bộ điều biến quang điện. Phương pháp điều chỉnh tần số cao này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi công suất trung bình cao hơn và độ rộng xung ngắn hơn, chẳng hạn như gia công vi mô bằng laser và hình ảnh y tế.

d. Bộ điều biến quang học âm thanh(AOM Modulator) là một công cụ quan trọng để điều khiển tần số xung của công nghệ điều khiển xung laser.Bộ điều chế AOMsử dụng hiệu ứng quang âm (tức là áp suất dao động cơ học của sóng âm làm thay đổi chiết suất) để điều chế và kiểm soát chùm tia laser.

4. Công nghệ điều chế trong khoang, so với điều chế ngoài, điều chế trong khoang có thể tạo ra năng lượng cao, công suất cực đại hiệu quả hơnlaser xungSau đây là bốn kỹ thuật điều chế nội khoang phổ biến:

a. Gain Switching bằng cách điều chế nhanh nguồn bơm, sự đảo ngược số lượng hạt môi trường tăng và hệ số tăng được thiết lập nhanh chóng, vượt quá tốc độ bức xạ kích thích, dẫn đến sự gia tăng đột ngột các photon trong khoang và tạo ra laser xung ngắn. Phương pháp này đặc biệt phổ biến trong laser bán dẫn, có thể tạo ra các xung từ nano giây đến hàng chục pico giây, với tốc độ lặp lại là vài gigahertz và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền thông quang học với tốc độ truyền dữ liệu cao.

Công tắc Q (Q-switching) Công tắc Q ngăn chặn phản hồi quang học bằng cách đưa vào tổn thất cao trong khoang laser, cho phép quá trình bơm tạo ra sự đảo ngược mật độ hạt vượt xa ngưỡng, lưu trữ một lượng lớn năng lượng. Sau đó, tổn thất trong khoang giảm nhanh (tức là giá trị Q của khoang tăng lên) và phản hồi quang học được bật lại, do đó năng lượng được lưu trữ được giải phóng dưới dạng xung cường độ cao cực ngắn.

c. Khóa chế độ tạo ra các xung cực ngắn ở mức pico giây hoặc thậm chí femto giây bằng cách kiểm soát mối quan hệ pha giữa các chế độ dọc khác nhau trong khoang laser. Công nghệ khóa chế độ được chia thành khóa chế độ thụ động và khóa chế độ chủ động.

d. Xả khoang Bằng cách lưu trữ năng lượng trong các photon trong bộ cộng hưởng, sử dụng gương khoang có tổn thất thấp để liên kết hiệu quả các photon, duy trì trạng thái tổn thất thấp trong khoang trong một khoảng thời gian. Sau một chu kỳ khứ hồi, xung mạnh được "xả" ra khỏi khoang bằng cách nhanh chóng chuyển mạch phần tử khoang bên trong, chẳng hạn như bộ điều biến quang âm hoặc màn trập quang điện, và một tia laser xung ngắn được phát ra. So với Q-switching, xả khoang có thể duy trì độ rộng xung vài nano giây ở tốc độ lặp lại cao (chẳng hạn như vài megahertz) và cho phép năng lượng xung cao hơn, đặc biệt là đối với các ứng dụng yêu cầu tốc độ lặp lại cao và xung ngắn. Kết hợp với các kỹ thuật tạo xung khác, năng lượng xung có thể được cải thiện hơn nữa.

Kiểm soát xung củatia lazelà một quá trình phức tạp và quan trọng, bao gồm kiểm soát độ rộng xung, kiểm soát tần số xung và nhiều kỹ thuật điều chế. Thông qua việc lựa chọn và áp dụng hợp lý các phương pháp này, hiệu suất laser có thể được điều chỉnh chính xác để đáp ứng nhu cầu của các tình huống ứng dụng khác nhau. Trong tương lai, với sự xuất hiện liên tục của các vật liệu mới và công nghệ mới, công nghệ điều khiển xung của laser sẽ mở ra nhiều đột phá hơn và thúc đẩy sự phát triển củacông nghệ lasertheo hướng có độ chính xác cao hơn và ứng dụng rộng rãi hơn.